HKD260型重型自卸(汽车离合器设计).pdf

1 HKD260 型重型自卸(汽车离合器设计)摘要 离合器作为直接连接发动机和传动系统一个独立存在的总成.他主要包含主动部分,从动部分,压紧机构和操纵机构等四部分.。主动部分,从动部分和压紧机构是保证离合器处于接合状态并能传递动力的基本结构.操作机构是使离合器分离的机构.正是这四部分机构之间相互协调配合,已达到汽车起步时将发动机与传动系平顺地接合,换档式将发动机与传动系分离,减少变速箱内齿轮的冲击。本文介绍了近年来发展的新型拉式膜片弹簧离合器的结构特点和工作原理，并与传统的推式膜片弹簧离合器进行了对比。在相同的约束条件下，优化后的拉式膜片弹簧，无论是在后备系数的稳定性、膜片的最大当量应力方面，还是在分离力的大小方面，均优于推式膜片弹簧。然后，对于拉式膜片弹簧的载荷-变形特性和应力-变形特性作了详细分析。在分析的基础上，阐述了拉式膜片弹簧基本参数的选择和设计。由于拉式膜片弹簧离合器具有许多优点，故拉式膜片弹簧离合器是一种很有发展前途的汽车离合器。关键词：压紧机构，离合器，膜片弹簧，新型。2 HKD260 DESIGN OF CLUTCH OF TRUC ABSTRACT The clutch is the lug connection engine and the transmission systems an exist independently total to become.He mainly includes the active division,follower division,compress tightly the mechanism and maneuvering gear etc.four-part cent.Active division,the follower division and compress tightly the mechanism is basic structure that guarantees that the clutch is placed in to join together the condition and can deliver the power also.Operate the mechanism is a mechanism that makes clutch separate.Exactly of this four-part cent mechanism moderates the fit mutually,joining together engine and transmissions fasten going smoothly while arriving the start of autocar already,the shift gear type fasten engine and transmissions separation,reduce the impact of the speed change case annular gear.In this paper,the constructional features and principles of operation of recently developed new style pull-type diaphragm spring clutch are described in contrast with the traditional push-type diaphragm spring clutch.In the same dimension,pull-type diaphragm spring by optimum design is better than push-type,in respect of stability of reservation coefficient maximum equivalent stress of diaphragm and magnitude of declutching force.Then,the load-deflection characteristics and stress-deflection characteristics of pull-type diaphragm spring are analysis in detail.Base on these analyses,the selection of main parameters and design of this spring are discussed.The pull-type diaphragm spring clutch possesses many advantages,therefore pull-type diaphragm spring clutch is a very prospective motor vehicle clutch.3 KEY WORDS:hold-down mechanism,the clutch，diaphragm spring，new style.4 目 录 前 言 .1 第一章 离合器概述.3 1.1 离合器的主要结构.3 1.2 离合器机构的选择.5 1.3 离合器的工作原理.7 第二章 离合器的设计计算.8 2.1 离合器设计要求.8 2.2 离合器参数的选择.8 2.3 从动盘总成.12 2.4 压盘和离合器设计计算.14 2.5 膜片弹簧的设计计算.15 2.6 扭转减震器设计计算.18 2.7 离合器操纵设计.18 第三章 传动轴的设计.错误！未定义书签。3.1 万向传动的设计计算.错误！未定义书签。3.2 十字轴设计计算.21 3.3 十字轴滚针轴承计算.22 3.4 万向节叉的设计计算.23 3.5 传动轴临界转速计算.26 5 3.6 轴管强度设计计算.28 3.7 传动花键轴计算.29 结论.30 参考文献.31 致谢.32 6 前 言 改革开放以来，随着国家经济的迅猛发展，汽车工业也在慢慢崛起，汽车在我们日常生活中占据了越来越重要的地位，车辆给人们出行带来了极大地方便，因此汽车工业也被国家放在了极其重要的地位，像吉利收购沃尔沃表明了我们国内企业正在逐步强大，因此能够选择车辆工程专业也是我认为一个非常正确的选择，而汽车设计室我们车辆工程专业学生毕业时的一个重要实践环节。随着汽车工业的发展,离合器也在原有的基础上不断改进和提高,以适应新的使用条件。从国外的发展动向来看,汽车的性能在向高速发展,发动机的功率和转速不断提高,载重汽车趋于大型化,国内情况也类似于此。另外,离合器的使用条件也日酷一日。因此,增加离合器的传扭能力,提高其使用寿命,简化操作已成为离合器目前发展的趋势。离合器的结构形式虽然可以各不相同,但在使用中对它们的基本要求却是一致的。对汽车离合器的基本要求有以下几点:能可靠地传递发动机的最大扭矩;接合时要平顺、柔和,使汽车起步时没有抖动和冲击;分离时要迅速彻底;离合器从动部分的转动惯量要小,以减轻汽车起步和换档时变速器齿轮轮齿间的冲击,方便换档;离合器的通风散热应良好;高速回转时要具有可靠的强度,应注意平衡问题和离心力的影响;应使汽车传动系避免共振,并具有吸收振动,缓和冲击和减少噪音的能力;操纵轻便;离合器的工作性能应保持稳定,这就要求作用在摩擦片上的总压力要不因摩擦表面的磨损而变化,或者变化较小;要求使用寿命长。此外,离合器也要尽量做到结构简单,紧凑,制造工艺性好,维修方便,重量轻等等。基于上述要求,离合器的压紧弹簧从普遍采用的圆柱螺旋弹簧改为膜片弹簧,其利甚多。首先,膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用,使零件数量减少,重量减轻,离合器结构大为简化,并显著地缩短了离合器的轴向尺寸。其次,由于膜片弹簧与压盘以整个圆周接触,使压力分布均匀,摩擦片的接触良好,磨损均匀,再者,由于膜片弹簧具有非线性的特性,因此,可设计成当摩擦片磨损后,弹簧压力几乎可以保护不变,且可减轻分离离合器时的踏板力,使操纵轻便。另外,膜片弹簧的安装集团对离合器轴的中心线来说是对称的,因 7 此它的压紧力实际上不受离心力的影响。膜片弹簧与螺旋弹簧的对比：1、制造工艺方面 膜片弹簧由弹簧钢板冲制而成,而螺旋弹簧由钢丝卷绕而成,相比之下前者制造工艺性好。2、零件数量方面 膜片弹簧本身带有分离爪,勿须另加分离杆,且一个离合器只用一张膜片弹簧作为压紧弹簧;而螺旋弹簧要另加分离杆,且一个离合器要用若干个螺旋弹簧作为压紧弹簧。相比之下前者零件数量少,结构紧凑;后者零件数量多。零件数量少者,拆装、维修方便省时;零件数量多则费时。3、其他方面(1)螺旋弹簧其弹性特性为线性的,因此离合器的调整比较容易。而膜片弹簧其弹性特性为非线性的,因而离合器的调整较困难。不过,适当选取H/h 的值,适合汽车离合器使用的膜片弹簧总可以制造出来,只要我们掌握了膜片弹簧的特性,离合器调整问题也可随之解决。(2)膜片弹簧的制造成本比圆柱螺旋弹簧的制造成本高一些,但寿命也比螺旋弹簧长一些。另外,膜片弹簧不受离心力的影响,而螺旋弹簧要受离心力影响,特别是高速旋转时,其影响不可忽视。现代汽车向高速发展,离合器也向高速发展,压紧弹簧在高转速下工作,膜片弹簧的优越性会随之显示出来。膜片弹簧取代螺旋弹簧作为离合器压紧弹簧势所必然。8 第一章 离合器概述 1.1 离合器的主要结构 一、主动部分 主动部分包括飞轮、离合器盖、压盘等机件组成。这部分与发动机曲轴连在一起。离合器盖与飞轮靠螺栓连接，压盘与离合器盖之间是靠压盘上的凸台和离合器盖上的窗口传递转矩的。二、从动部分 从动部分是由单片、双片或多片从动盘所组成，它将主动部分通过摩擦传来的动力传给变速器的输入轴。从动盘由从动盘本体，摩擦片和从动盘毂三个基本部分组成。为了避免转动方向的共振，缓和传动系受到的冲击载荷，大多数汽车都在离合器的从动盘上附装有扭转减震器。三、扭转减振器 离合器接合时，发动机发出的转矩经飞轮和压盘传给了从动盘两侧的摩擦片，带动从动盘本体和与从动盘本体铆接在一起的减振器盘转动。从动盘本体和减振器盘又通过四个减振器弹簧把转矩传给了从动盘毂。因为有弹性环节的作用，所以传动系受的转动冲击可以在此得到缓和。传动系中的扭转振动会使从动盘毂相对于从动盘本体和减振器盘来回转动，夹在它们之间的减震阻尼片靠摩擦消耗扭转振动的能量，将扭转振动衰减下来。为了使汽车能平稳起步，离合器应能柔和接合，这就需要从动盘在轴向具有一定弹性。为此，往往在动盘本体圆周部分，沿径向和周向切槽。再将分割形成的扇形部分沿周向翘曲成波浪形，两侧的两片摩擦片分别与其对应的凸起部分相铆接，这样从动盘被压缩时，压紧力沿翘曲的扇形部分被压平而逐渐增大，从而达到接合柔和的效果。四、弹簧布置形式的选择 周置弹簧离合器的压紧弹簧均采用圆柱螺旋弹簧，其结构简单制造容易，9 因此用较为广泛。压紧弹簧直接与压盘接触，易受热退火，且当发动机最大转速很高时周置弹簧由于受离心力作用而向外弯曲，使弹簧压紧力下降，离合器传递转矩的能力随之降低。此外，弹簧靠到它的定位面上，造成接触部位严重磨损，甚至出现弹簧断裂的现象。中央弹簧离合器采用一至两个圆柱螺旋或用一个圆锥弹簧作为压紧弹簧，并且布置在离合器的中心，此结构轴向尺寸较大。膜片弹簧的结构主要特点是采用一个膜片代替传统的螺旋弹簧和分离杠杆。起结构特点如下：1、膜片弹簧的轴向尺寸较小而径向尺寸很大,这有利于在提高离合器传递转矩能力的情况下离合器的轴向尺寸。2、膜片弹簧的分离指起分离杠杆的作用，故不需专门的分离杠杆，使离合器结构大大的简化，零件数目少，质量轻。3、由于膜片弹簧轴向尺寸小，所以可以适当增加压盘的厚度，提高热容量；而且还可以在压盘上增设散热筋及在离合器盖上开设较大的通风孔来改善散热条件。4、膜片弹簧离合器的主要部件形状简单，可以采用冲压加工，大批量生产时可以降低生产成本。故在本设计中选用了膜片弹簧离合器。离合器按它的结构形式选择 根据膜片弹簧分离指在分离时所受的力是推力还是受拉力，可分为推式和拉式弹簧离合器。拉式与推式离合器最明显的特征就是膜片弹簧安装方向相反。拉式膜片弹簧离合器与推式有其明显的优点：1、减少中间支撑，零件数目相对要少。结构简单，紧凑、质量较轻。2、由于取消了中间支撑，减少了摩擦损失，传动效率高，使分离时的踏板力更少，3、拉式膜片弹簧无论在接合还是在分离时，膜片弹簧都与离合器盖接触，不会产生噪声和冲击。4、由于拉式膜片弹簧是以其中部压紧压盘，在压盘大小相同的条件下可使用直径相对较大的膜片弹簧，从而实现在不增加分离时的操纵力的前提下，提高压盘的压紧力和传递转矩的能力；或在传递转矩相同的条件下，减小压 10 盘的尺寸。5、使用寿命相对要长。所以在本设计中选择拉式离合器。五、操纵机构 操纵机构是为驾驶员控制离合器分离与接合程度的一套专设机构，它是由位于离合器壳内的分离杠杆（在膜片弹簧离合器中，膜片弹簧兼起分离杠杆的作用）、分离轴承、分离套筒、分离叉、回位弹簧等机件组成的分离机构和位于离合器壳外的离合器踏板及传动机构、助力机构等组成。1.2 离合器的结构选择 汽车离合器大多数是盘形摩擦离合器，按其从动盘数目可分为单片、双片、和多片三类；根据使用的压紧弹簧布置形式不同，可分为圆周布置、中央布置和斜向布置等形式；根据使用的压紧弹簧不同，可分为圆柱螺旋弹簧、圆锥螺旋弹簧和膜片弹簧离合器；根据分离时所受作用力的方向不同，可分为拉式和推式。由上可知，本次设计选用拉式离合器。再设计离合器时主要根据车性的类别、使用要求、制造条件以及“三化”要求等，合理选择离合器的结构。一、从动盘的选择 1.单片离合器 对乘用车和最大总质量小于6t 的商用车而言，发动机的最大转矩一般不大，在布置尺寸容许的条件下，离合器通常只设有一片从动盘。单片离合器结构简单，轴向尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便，从动部分转动惯量小，在使用时能保证分离彻底，采用轴向有弹性的从动盘可保证结合平顺。2.双片离合器 双片离合器与单片离合器相比，由于摩擦面积增加一倍，因而传递转矩的能力较大；结合更为平顺、柔和；在传递相同转矩的情况下，径向尺寸较小，踏板力较小；中间压盘通风散热较差，容易引起摩擦片过热，加快其磨损甚至损坏；分离行程较大，不易分离彻底，所以设计时在结构图上必须采取相应的措施；轴向尺寸较大，结构复杂；从动部分的转动惯量较大。这种结构 11 一般用在传递转矩较大且径向尺寸受到限制的场合。由于本次设计的自卸车转矩较大，所以采用双片离合器。二、驱动方式的选择 压盘的驱动方式主要有凸块-窗孔式、销钉式、键块式和传动片多种。窗深入离合器盖对应的窗孔中。它结构简单，但在使用中因接触表面磨损间隙不断增大，从而定心精度不段降低，平衡性恶化。销钉式一般用与双盘离合器中，键块式一般用驱动中间压盘。传动片式驱动方式中传动片大都为周向布置，周向布置的传动片常用3或4 组，每组2-3 片，当发动机驱动时传动片受拉。传动片式驱动机构无摩擦和磨损，无传动间隙、效率高、无噪声、定心精度高，使用平衡性好。采用传动片式驱动机构。三、分离轴承的选择 在汽车离合器中采用的分离轴承多为径向止推轴承和止推轴承。前者适用于高转速、低轴荷的情况。后者则适用于低转速、高轴向负荷的情况。因为分离轴承与膜片弹簧间有周向滑动，同时也有径向滑动。当两者在旋转不同心时，径向滑动加剧。为了消除因不同心引起的磨损，近年来在膜片弹簧离合器中广泛采用自动调心式分离轴承。本次设计采用拉式自动调心式分离轴承装置。四、从动片 从动片由摩擦片、传动钢片、减震器和花键毂组成。1.摩擦片 在性能上的要求有摩擦系数稳定，工作温度，滑磨速度，单位压力的变化对性能影响小；足够的耐磨性；足够的机械强度；热稳定性，磨合性能好；并且有利于接合平顺；长期停放，摩擦面间不发生“粘着”现象。离合器所用摩擦片所用的材料有石棉基、烧结金属、金属陶瓷等材料。其中石棉基摩擦材料价格低，密度小，应用广泛。而在工作条件恶劣，工作温度很高的离合器中，烧结金属和金属陶瓷材料应用较多，故其耐高温耐磨性好，传热性好，摩擦系数较高，允许较大的单位压力。但这种材料价格较高，密度大，不能保证柔和接合。根据发动机的具体性能指标和汽车的使用条件选 12 用石棉基摩擦材料。摩擦片与传动钢片的链接有铆接法和粘结法。铆接发连接可靠，更换摩擦片方便，适宜在传动钢片上装波形弹簧片以获得轴向弹性，应用广泛。粘接法虽可充分利用摩擦片厚度，增加摩擦面积，但摩擦片更换不便，无法在传动钢片上装波形弹簧片以获得轴向弹性。故采用铆接法 2减震器 扭转减震器的主要有弹性元件和阻尼元件组成。为了避免不利的传动吸共振，降低传动系噪声，可采用两三组刚度不同的弹簧，并将装弹簧的窗口长度做成尺度寸不一，利用弹簧先后起作用的方法获得边刚度特性。减震器中的阻尼元件常采用摩擦片，靠传动钢片与减震盘间的连接铆钉建立正压力，这种方案简单。1.3 离合器的工作原理 发动机飞轮是离合器的主动件，带有摩擦片的从动盘和从动毂借滑动花键与从动轴（即变速器的主动轴）相连。压紧弹簧则将从动盘压紧在飞轮端面上。发动机转矩即靠飞轮与从动盘接触面之间的摩擦作用而传到从动盘上，再由此经过从动轴和传动系中一系列部件传给驱动轮。压紧弹簧的压紧力越大，则离合器所能传递的转矩也越大。由于汽车在行驶过程中，需经常保持动力传递，而中断传动只是暂时的需要，因此汽车离合器的主动部分和从动部分是经常处于接合状态的。摩擦副采用弹簧压紧装置即是为了适应这一要求。当希望离合器分离时，只要踩下离合器操纵机构中的踏板，套在分离套筒的环槽中的拨叉便推动分离叉克服压紧弹簧的压力向松开的方向移动，而与飞轮分离，摩擦力消失，从而中断了动力的传递。当需要重新恢复动力传递时，为使汽车速度和发动机转速变化比较平稳，应该适当控制离合器踏板回升的速度，使从动盘在压紧弹簧压力作用下，向接合的方向移动与飞轮恢复接触。二者接触面间的压力逐渐增加，相应的摩擦力矩也逐渐增加。当飞轮和从动盘接合还不紧密，二者之间摩擦力矩比较 13 小时，二者可以不同步旋转，即离合器处于打滑状态。随着飞轮和从动盘接合紧密程度的逐步增大，二者转速也渐趋相等。直到离合器完全接合而停止打滑时，汽车速度方能与发动机转速成正比。第二章 离合器设计计算 2.1 离合器设计要求 一、能可靠地传递发动机的最大转矩；二、接合过程要平顺柔和，使汽车起步时没有抖动和冲击；三、分离时要迅速彻底；四、离 合 器 从 动 部 分 的 转 动 惯 量 要 小，以 减 轻 换 档 时 变 速 器 轮 齿间 的 冲 击 力 并 方 便 换 档；五、高 速 旋 转 时 具 有 可 靠 的 强 度，应 注 意 平 衡 并 免 受 离 心 力 的 影响；六、应 使 汽 车 传 动 系 避 免 共 振，具 有 吸 收 振 动，冲 击 和 减 小 噪 声的 能 力；七、操 纵 轻 便，工 作 性 能 稳 定，使 用 寿 命 长。以上这些要求中最重要的是使用可靠，寿命长以及生产和使用中的良好技术经济指标和环保指标。2.2 离合器参数的选择 一、摩擦片外径的确定 摩擦片外径是离合器的基本尺寸，它关系到离合器的结构和使用寿命，她和离合器所需传递的转矩大小有一定的关系。发动机转矩是重要参数，按发动机最大转矩)(maxmNTe来选定D 时，有下列公式可得：14 D=错 误！未 指 定 书 签。330)1(12maxcfZpTe=413.6mm （2 1）当摩擦片外径D 确定后，摩擦片内径d 可根据d/D 在0.53 0.70 之间来确定。取c=d/D=0.54，d=0.6D=0.54413.6=223.344 mm 查摩擦片尺寸的系列化和标准化，选取标准摩擦片外径D=430mm,内径d=230mm,厚度h=4mm,内外径之比C=0.535.验算摩擦片最大圆周速度 100060DnV =49.5165m/s （2 2）式中：D摩擦片外径，mm;N发动机最大功率时转速，r/min;V 摩 擦 片 最 大 圆 周 速 度，m/s;即满足设计要求。二、离合器后备系数的确定 后备系数是离合器设计时应到的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择时，应考虑以下几点：摩擦片在使用中磨损后，离合器还能可靠地传递发动机最大转矩；要能防止离合器滑磨过大；要能防止传动系过载。为可靠传递发动机最大转矩和防止离合器滑磨过大，不易选取太小，当使用条件恶劣，为提高起步能力，减小离合器滑磨，应选取大些；采用柴油机时，由于工作比较粗暴，转矩较不平稳，选取值应大些；发动机缸数越多，转矩波动越小，可选取小些。考虑以上影响因素和所设计车型为重型自卸车，根据的取值范围=1.2 4，同时参考其它同类车型选取3。三、单位压力0P 单位压力0P对离合器工作性能和使用寿命有很大影响，选取时应考虑 15 离合器的工作条件，发动机后备功率大小，摩擦片尺寸，材料及其质量和后备系数等因素。离合器使用频繁，发动机后备系数较小时，0P应取小些；当 摩 擦 片 外 径 较 大 时，为 降 低 摩 擦 片 外 源 出 的 热 负 荷，0P应 取 小 些；后 备 系 数 较 大 时，可 适 当 增 大0P。采用石棉基材料时，MPaP35.010.00。四、离合器压盘力的计算 摩擦离合器是靠摩擦表面的摩擦力矩来传递发动机转矩的。离合器的静摩擦力矩根据摩擦定律可表示为：ccfFZRT (2 3)式中：cT为静摩擦力矩，单位N.m;F 摩 擦 面 间 的 静 摩 擦 因 数，取f=0.3;F 压 盘 施 加 在 摩 擦 面 上 的 工 作 压 力，单 位：N;Z 摩 擦 面 数，为 从 动 盘 数 两 倍。Z=2;cR 摩 擦 片 的 平 均 摩 擦 半 径，单 位：mm.假 设 摩 擦 片 上 工 作 压 力 均 匀，则 有：4)(2200dDPAPF （2 4）式中：0P-摩擦面单位压力，单位：aMP；A-一 个 摩 擦 面 的 面 积；D 摩 擦 片 外 径，单 位：mm;d 摩 擦 片 内 径，单 位：mm.摩 擦 片 的 平 均 摩 擦 半 径Rc 根 据 压 力 均 匀 的 假 设，可 表 示 )(32233dDdDRc （2 5）将式（3 4）与（3 5）代入（3 3）得：)1(12330cDfZPTc （2 6）式中：c摩擦片内外径之比，c=0.694.即在0.53-0.70 之间。为了保证离合器在任何工况下都能可靠地传递发动机的最大转矩，设计 16 时cT应大于发动机最大转矩，即 maxecTT （2 7）则根据以上相应计算公式及相关数据可得：由（3 7）得：maxecTT=31100=3300 由（3 6）验算单位压力0P，则：)54.01(43.023.01214.33300330P aMPP8.210 在 所 要 求 范 围 内。由式（3 5）：mRc167.0)23.043.0(323.03.402233 由公式（3 3）：NF.129940267.100.33300 五、单位面积滑磨功 为 了 减 少 汽 车 起 步 过 程 中 离 合 器 的 滑 磨，防 止 摩 擦 片 表 面 温 度 过 高而 发 生 烧 伤，每 一 次 接 合 的 单 位 摩 擦 面 计 划 磨 功 应 小 于 其 需 用 值，即：)(422wdDZWw （2 8）式 中:w 单 位 摩 擦 面 积 滑 磨 功（)/2mmJ w 许 用 单 位 摩 擦 面 积 划 磨 功)/(2mmJ，重 型 货 车：w=0.252/mmJ;Z 摩 擦 面 数，Z=4;D 摩 擦 片 外 径，D=430mm;d 摩 擦 片 内 径，d=230mm;W 汽 车 起 步 时 离 合 器 接 合 一 次 产 生 总 滑 磨 功（J）汽车起步时离合器接合一次产生总滑磨功（J）为：2202221800graeiirmnW （2 9）17 式中：am-汽车总质量，单位：.Kgma20000；rr-轮 胎 滚 动 半 径，单 位（m）mrr.95；gi-起 步 时 所 用 变 速 器 挡 位 的 传 动 比。此 时 计 算 用 一 挡 起 步8.38gi；0i-主 减 速 器 传 动 比。9.790i；en-发 动 机 转 速。min/1500rne。由公式（3 9）可得：W=1800n2e2(2g202raiirm)=162397.84(J)由公式（3 8）可得：)/(216.0)230430(214.348.1623974222mmJw 即2/25.0mmJww满足要求。六、单位面积传递的转矩0cT：为了反映离合器传递转矩并保护过载的能力，单位摩擦面积传递的转矩应小于其许用值，即)(40220cccTdDZTT （2 10）式中各参数以及数值与前计算相同，则：22220/.1014.0)230430(414.333004mmmNTc 即2200/.1028.0mmmNTTcc。满足要求。2.3 从动盘总成 从动盘有两种结构型式，带扭转减震器的和不带扭转减震器的。本次设计从动盘为带扭转减震器的型式。从动盘总成设计时应满足以下几个方面的要求：为了减少变速器换挡时轮齿间的冲击，从动盘的转动惯量应尽可能小；18 为了保证汽车平稳起步，摩擦面片上的压力分布更均匀等，从动盘应具有轴向弹性；为了避免传动系的扭转共振以及缓和冲击载荷，从动盘中应装有扭转减震器；具有足够的抗爆裂强度。一、从动片：设计从动片时，应尽量减轻其重量，并应使其质量的分布尽可能地靠近旋转中心，以获得最小的转动惯量。从动片一般都做得比较薄，通常使用1.3-2.5mm 厚的钢板冲制而成。本次设计的重型自卸车车行使速度较低，最高车速不超过55Km/h.柴油发动机最高转速min/2200rne。故取从动片厚度为2.5mm.为了使离合器接合平顺，保证汽车平稳起步，单片离合器的从动片一般都做成具有轴向弹性的结构。这样，在离合器的接合过程中，助动盘和从动盘之间的压力是逐渐增加的。具有轴向弹性的从动片有整体式、分开式和组合式三种型式。比较三种形式的优缺点，本次所设计从动片采用整体式弹性从动片。整体式弹性从动片能达到轴向弹性的要求，且生产效率高，生产成本低。二、变速器第一轴轴径的计算 轴的扭转强度条件为：TTTWT （2 11）式中：T-轴的扭转切应力，aMP；T 轴 所 传 递 的 转 矩，N.mm;TW-轴 的 抗 扭 截 面 系 数，3mm；对于实心轴，将16/3dWT代入（3 11）可得：333109550(5nPcnPdT （2 12）由nPT3109550 可得：19 mmnPcd4210002.433 初 选d=42mm。三、从动盘毂：发动机转矩是经从动盘毂的花键空输出，变速器输入轴就插在该花键孔内。从动盘毂和变速器输入州的花键接合方式采用齿侧定心的矩形花键。设计花键的结构尺寸时参照国标GB1144-1974 的花键标准，从动盘毂花键尺寸如下：花键齿数：n=18;花键外径：D=52mm；花键内径:d=41mm;齿厚：b=6mm;有效尺长：l=65mm.为了保证从动盘毂在变速器输入轴上滑动时不产生歪斜，影响离合器的彻的分离，从动盘毂的轴向长度不宜过小，一般取其尺寸与花键外径大小相同，对在复杂情况下工作的离合器，其盘毂长度更大。由于花键损坏的主要形式是由于表面受挤压过大而全破坏，所以花键要进行挤压应力计算。由公式：nhlP （2 13）式中:P花键的齿侧面压力，由下式确定：ZdDTPe)(4max （2 14）式中：d,D花键的内外径，mm;Z-从 动 盘 毂 的 数 目；maxeT-发 动 机 最 大 转 矩，N.m;n 花 键 齿 数；h 花 键 工 作 高 度,m.h=(D+d)/2;l 花 键 有 效 长 度，m.由已知条件：NP.4215054)041.0052.0(11004 aMP53.93065.00465.0184.21505 20 从动盘毂由中碳钢锻造而成，并经调质处理，其挤压应力不应超过20aMP。故所选花键尺寸满足要求。2.4 压盘和离合器盖计算 一、压盘几何尺寸的确定：在摩擦片的尺寸确定后，与它摩擦相接触的压盘内外径尺寸也就基本确定下来了。这样，压盘几何尺寸最后归结为如何去确定它的厚度。压盘厚度的确定主要依据以下两点：1）压盘应具有足够的质量，使每次接合时的温声不致过高：2)压盘营具有较大的刚度，以保证在受热的情况下不致因产生翘曲变形而影响离合器的彻底分离和磨擦片的均匀压紧。鉴 于 以 上 两 原 因，本 次 设 计 压 盘 厚 度 取20mm。在 初 步 确 定 压 盘 厚度 以 后，应 校 核 离 合 器 接 合 一 次 时 的 温 升，它 不 应 超 过c00108。校核计算公式：cmL （2 15）式中：-温升，C0；L 滑 磨 功，N.m;-分 配 到 压 盘 上 的 滑 磨 功 所 占 的 百 分 比，单 片 离 合 器 压 盘50.0；c 压 盘 的 热 容 量，对 铸 铁 压 盘：)./(4.481KKgJc；m 压 盘 质 量，Kg Kgvm794.1020.0103.2108.743 6.3794.14.48148.40915.0 二、离合器盖设计：离合器盖与飞轮用螺栓固定在一起，通过它传递发动机的一部分转矩给压盘。此外它还是离合器压紧弹簧和分离杆的支承壳体。离合器分离杆支承 21 在离合器盖上，如果盖的刚度不够，则当离合器分离时，可能会使盖产生较大的变形，这样就会降低离合器操纵部分的传动效率，严重时可能导致分离不彻底，引起摩擦片的早期磨损，还会造成变速器换挡困难。离合器盖常采用厚度越为mm53的碳钢板冲压而成。2.5 膜片弹簧的设计与计算 一、主要参数的选择 1.比值 H/h 和 h 选择 汽车用的膜片弹簧 H/h 一般为 1.62.2，板厚 h 为 24，所以 参数选为：h=4.0 故 H=（1.52.0），h=34，取为 8。H/h=2。2、比值R/r 及R，r 的选择：因为摩擦片的平均半径：CR=4230430=165 研究表明：R/r 越大，弹簧材料利用率于低，弹簧越硬弹性曲线受直径误差的影响越大，且应力越高。根据结构布置和压紧力的要求，R/r 一般为1.51.1。所以：R=212 r=165 R/r=1.28 3、a 的选择 a 值一般在009 15范围内 a=9.98 故符合要求。4、n 的选择 n 取为 18。22 膜片弹簧的优化设计 5、约束条件 应保证所设计的弹簧工作压紧力与要求压紧力相等，即 11587BrFFN 为了保证各工作点有较合适的工作位置，应正确选择1B相对与1H的位置，一般：110.8 1.0BH 111112.8 8674()()0.8245.1 8476BBHRrHRr 故符合要求。为了摩擦片磨损后仍能可靠的传递发动机的转矩，并考虑到摩擦因数的下降，应使：11ABFF 因 1AF=2633.675 1BF=1587 故符合要求。为了满足离合器使用性能的要求应使：1.62.2Hh 90015()HaRr 因 Hh=1.7 9.98 故符合要求。弹簧各部分有关尺寸应符合一定的范围内，即：1.101.35Rr 03.55.0Rr 28.1165212rR 5.6380212rR。故符合要求。为了使摩擦片上的压紧力分布比较均匀，应使：23 1()42DdDr 因 2151 r165 故符合要求。6.、根据弹簧结构布置的要求,应使 110170604fRRrrrr 符合要求。7、磨片弹簧的分离指起分离杠杆作用,因此其杠杆比应在一定范围内选取,即：0.975.65.375.6rr0.9rr5.3111111RRRRff 故符合要求。2.6 扭转减震器计算 一、极限转矩Tj：极限转矩为减震器在消除限位销与从动盘毂缺口间的间隙时所能传递的最大转矩。Tj=3x1000=3000N/m 二、减震弹簧的位置半径。R：R。=0.6x230/2=69mm 三、减震弹簧个数Z：摩擦片外径 D=430mm，根据推荐选取减震弹簧个数 Z=8。四、减震弹簧总压力P：当限位销与从动盘毂之间的间隙被消除，减震弹簧传递转矩达最大值jT时，减震弹簧受到的压力P为：085.5/0.04251910.59jPTRN 24 单个减震弹簧压力：61910.59/6318.43PPN 2.7 离合器操纵系统设计 一、踏板位置 离合器踏板位置以人体左右对称中心外准向左移80-100mm，作为离合器踏板中心线的位置。二、踏板行程 离合器踏板最大行程是指从踏板最高点所划过的距离。踏板最大行程应小于175mm。三、踏板力 对于一定的离合器总成，离合器踏板力取决于离合器分离轴承的输出力及操纵系统的传动比，加大传动比会使踏板力减小但行程增加。踏板力大小直接影响到对离合器操纵的轻便性。一般来说，对于轿车和轻型卡车，其踏板力为：轻的踏板力小于100N，较重的踏板力大于130N。四、离合器操纵传动 常用的离合器操纵传动由机械式和液压式。本次设计采用液压式。25 第三章 传动轴设计计算 传动轴总成主要由传动轴及其两端焊接的花键轴和万向节叉组成。传动轴中一般设有由滑动叉和花键轴组成的滑动花键，以实现传动长度的变化。为了减小滑动花键的轴向滑动阻力和磨损，有时对花键齿进行磷化处理或喷涂尼龙层；有的则在花键槽中放入滚针、滚柱或滚珠等滚动元件，以滚动摩擦代替滑动摩擦，提高传动效率。但这种结构较复杂，成本较高。有时对于有严重冲击载荷的传动，还采用具有弹性的传动轴。传动轴上的花键应有润滑及防尘措施，花键齿与键槽间隙不宜过大，且应按对应标记装配，以免装错破坏传动轴总成的动平衡。传动轴的长度和夹角及它们的变化范围由汽车总布置设计决定。设计时应保证在传动轴长度处在最大值时，花键套与轴有足够的配合长度；而在长度处在最小时不顶死。传动轴夹角的大小直接影响到万向节十字轴和滚针轴承的寿命、万向传动的效率和十字轴旋转的不均匀性。3.1 万向传动的计算载荷 万向节传动轴因布置位置不同，计算载荷是不同的。本次设计传动轴布置在变速器与驱动桥之间。计算载荷的设计方法有三种：1）按发动机最大转矩和一挡传动比来确定；2）按驱动轮打滑来确定；3）按日常平均使用转矩 26 来确定。在此设计中采用根据发动机最大转矩和一挡传动比来计算。由公式：nikiTKTfedse1max （3 1）式 中：seT 传 动 轴 计 算 载 荷，单 位：mN.；dK猛接离合器所产生的动载系数，在此取dK=2；maxeT发动机最大转矩，单位：N.m；K 液力变矩器变矩系数，k=1;1i变速器一挡传动比，i=8.38；fi分动器传动比，1fi；发动机到万向传动轴之间的传动效率，98；n计算驱动桥数，为1。由公式（3 1）：2 57 1 4.26 1 0.98474.81.1seTN m 对万向传动轴进行静强度计算时，计算载荷sT取seT，安全系数一般取2.5-3.0。3.2 十字轴设计计算 十字轴万向节的损坏形式主要有十字轴轴颈和滚针轴承的磨损，十字轴轴颈和滚针轴承碗工作表面出现压痕和剥落。一般情况下，当磨损或压痕超过0.15mm 时，十字轴万向节便应报废。十字轴的主要失效形式是轴颈根部的断裂，所以在设计十字轴万向节时，应保证十字轴轴颈有足够的抗弯强度。本次设计参考底盘设计（吉林工业大学出版），根据不同吨位载重汽车的十字轴总成初选其尺寸：十 字 轴：H=84mm d=20mm h=16mm mmh201 设各滚针对十字轴轴颈作用力的合力为F，则：cos2rTFs （3 2）27 式中：sT-万向传动的计算转矩，mNTs.81.474；r-合 力F 作 用 线 到 十 字 轴 中 心 之 间 的 距 离，r=37mm；-万 向 传 动 的 最 大 夹 角，取0429。则由式（4 2）可得:NF2.5352429cos037.0281.4740 十字轴轴颈根部的弯曲应力w应满足：)(3242411wwddFsd （3 3）式 中：w-十 字 轴 轴 颈 根 部 弯 曲 应 力，单 位：aMP；1d-十 字 轴 轴 颈 直 径，mmd11；2d-十 字 轴 油 道